İki deney Einstein’ın kütleçekimini kuantum ölçeğinde test ediyor

Bu ay bildirilen iki önemli gelişmede fizikçiler, Einstein'ın eşdeğerlik ilkesini daha önce hiç denenmemiş yollarla test ettiler: bir ekip serbest düşüşteki bir atomun kuantum fazını ölçerek, diğeri ise tamamen yeni bir madde sınıfına yönelik testi genişletebilecek egzotik bir parçacık demeti oluşturarak.

Düşen Kuantum Dalgası Einstein'ı Doğruluyor

Negev Ben-Gurion Üniversitesi, Ulm Üniversitesi ve Oxford Üniversitesi liderliğindeki uluslararası bir ekip, serbest düşüşteki bir nesnenin kazandığı kuantum fazını ilk kez doğrudan ölçtü ve sonucun Einstein'ın eşdeğerlik ilkesinden türetilen tahminle eşleştiğini buldu. 2 Eylül'de Science Advances dergisinde yayınlanan çalışmanın ortak yazarları arasında Nobel ödüllü Sir Roger Penrose da yer alıyor.science+2

Kuantum Galileo İnterferometresi adı verilen bir cihaz kullanan araştırmacılar, mutlak sıfıra yakın soğutulmuş rubidyum atomu bulutlarını kuantum süperpozisyonlarına ayırdı ve her atomun dalgasının bir kısmını serbest düşüşe bırakırken diğer kısmını manyetik alanla sabit tuttu. İki yarım tekrar birleştiğinde, girişim deseni, kütleçekiminin etkilerinin serbest düşüşteki bir gözlemci için yok olduğu yönündeki Einstein tahminine uygun bir faz farkı ortaya koydu.scitechdaily+2

Oxford Üniversitesi'nden çalışmanın ortak yazarı Vlatko Vedral, "Bu deney, kuantum mekaniğini en ilgi çekici sınırlarından biri olan kütleçekimine taşıyor ve tahminlerinin bir kez daha geçerli olduğunu gösteriyor" dedi. Ben-Gurion Üniversitesi'nden baş yazar Ron Folman, çalışmayı kütleçekimi ile kuantum teorisini birleştirmek hakkında "zorlu bir deneyi kapsamlı bir teorik yorumla birleştirmesi bakımından benzersiz bir makale" olarak nitelendirdi.ox+1

Deney, kütleçekiminin kendisinin kuantum olup olmadığını test etmiyor. Ayrıca, kuantum mekaniğinin yeterince büyük nesneler için bozulabileceğine dair Penrose'un önerisini araştırmak için gereken kütle veya zaman ölçeklerine de ulaşmıyor, ancak grup nanodiamondlar gibi daha ağır parçacıklar kullanarak bu hedefe doğru çalışıyor.scitechdaily

Egzotik Madde İçin Bir Atom Topu

Bunun yanı sıra, ETH Zürih ve Paul Scherrer Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, 14 Eylül'de Nature Physics dergisinde, kütlesinin neredeyse tamamı elektronun daha ağır bir kuzeni olan müondan gelen egzotik bir atom olan müonyumdan oluşan, sıkı bir şekilde kontrol edilen bir demet oluşturduklarını bildirdiler. Daha önce kimse kütleçekiminin bu tür ikinci nesil parçacıklar üzerinde aynı şekilde hareket edip etmediğini doğrudan test etmemişti.nature+1

Ekip, antimüonları yaklaşık 0.2 kelvin dereceye kadar soğutulmuş iki milimetrelik bir süperakışkan helyum tabakasına ateşledi. Sıvı, ortaya çıkan müonyum atomlarını saniyede 2.1 kilometreye yakın dar bir hız aralığında vakuma doğru yukarı iterek araştırmacıların "atom topu" olarak tanımladığı şekilde işlev gördü. Demet, 2.2 mikrosaniyelik ömrü nedeniyle bu tür deneyleri uzun süredir pratik olmayan müonyum için daha önce elde edilen her şeyden çok daha düzenli.thebrighterside+1

Çalışmayı yöneten ETH Zürih profesörü Anna Soter, "Heyecan verici bir deney gerçekleştirmeye doğru önemli bir adım attık" dedi. "Müonun kütleçekimsel etkileşimini ölçmek istiyoruz". Ekip, yaklaşık 100 günlük veri toplama sürecinden sonra müonyumun kütleçekimsel ivmesi üzerinde yaklaşık yüzde bir hassasiyete ulaşabileceğini öngörüyor, ancak gerçek bir kütleçekimi ölçümü için gereken interferometri ve sistematik kontrollerin henüz gösterilmesi gerekiyor.ethz+1

Fiziğin İki Sütununu Birleştirmek

Her iki deney de kuantum mekaniği ile genel görelilik arasındaki uzun süredir devam eden uyumsuzluğu çözmüyor. Ancak birlikte, Einstein'ın kütleçekimini kuantum ölçeğinde test etme çabasında genişleyen bir cepheyi işaret ediyorlar: asırlık bir tahmini doğrulayan sıradan rubidyum atomlarından, kütleçekimi tarafından hiç tartılmamış egzotik kısa ömürlü parçacıklara kadar.